Полетаев Николай Львович, д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник
РИНЦ ID: 1093620
143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12
Nikolay L. Poletaev, Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher
ID RISC:1093620
VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903
Введение. Глубину прогрева SR газовзвеси излучением продуктов горения принято приравнивать к длине LR свободного пробега излучения в газовзвеси. Численное моделирование горения газовоздушной смеси с добавкой инертных частиц, учитывающее переизлучение тепла нагретыми частицами свежей взвеси, привело к соотношению SR >> LR. В настоящей работе выполнена аналитическая оценка отношения χS = SR/LR.Одномерная модель задачи. Определяли стационарное распределение температуры в потоке первоначально холодных монодисперсных частиц, взвешенных в вакууме. Скорость частиц V направлена на излучающую тепло нагретую абсолютно черную поверхность, проницаемую для частиц. Использованы упрощающие допущения: излучение состоит из двух противоположно направленных потоков электромагнитной энергии; взаимодействие частиц и излучение описываются в приближении геометрической оптики; температура внутри частицы одинакова.Решение задачи. Показано, что χS определяется безразмерным комплексом V=V cp / (εT 0,5, σTb)3, где cp, εT , σ, Tb — соответственно теплоемкость единицы объема взвеси, интегральная степень черноты материала частиц, постоянная Стефана – Больцмана, температура излучающей поверхности. При ≥ 2,8 переизлучением можно пренебречь: χS ≈ 1. При ≤ 1,2 распределение температуры регулирует переизлучение: χS ≈ 5 –1/(2 – εT) >> 1.Обсуждение решения. Аналитическое решение задачи удовлетворительно описывает имеющиеся численные решения и экспериментальные данные для случая горения газовзвеси после уточнения параметров упрощенной модели: под излучающей поверхностью следует понимать фронт пламени, Tb — температура горения, cp — суммарная теплоемкость фаз. Оценка ≤ 1,2 указывает на высокую конечную температуру газовзвеси, возможность ее самовоспламенения вдали от пламени и необходимость изменения исходных предпосылок при моделировании переизлучения.Выводы. Аналитические оценки дают возможность для реализации во взвеси, набегающей на источник теплового излучения в вакууме, как соотношения SR >> LR, так и соотношения SR ≈ LR. Сформулированы условия распространения результатов упрощенного моделирования переизлучения на горение газовзвеси.
Introduction. It is accepted that the depth of heating of the dust/gas/air mixture by the radiation of combustion products SR is equal to the length LR of the free path of radiation in the mixture. Numerical simulation of combustion of a gas-air mixture that has inert particles, taking into account the re-radiation of heat by heated particles of the fresh mixture, led to ratio SR >> LR. In this work, the analytical assessment of ratio χS = SR/LR is performed.One-dimensional problem model. The co-authors determined stationary temperature distribution over the flow of initially cold monodisperse particles suspended in vacuum. Particle velocity V is directed toward a heat-radiating, absolutely black surface that is permeable by particles. Simplifying assumptions are used: radiation consists of two oppositely-directed flows of electromagnetic energy; interaction between particles and radiation is described in the approximation of geometric optics; the temperature inside the particle is the same. Problem solving. It is shown that χS is determined by V=Vcp / (εT 0,5, σTb)3 , where cp, εT, σ, Tb are, respectively, heat capacity per unit volume of the suspended matter, integral emissivity of the particle material, the Stefan-Boltzmann constant, and the surface temperature. For ≤ 2.8, re-emission can be neglected: χS ≈ 1. At ≤ 1.2, temperature distribution regulates re-emission: χS ≈ 5 –1/(2 – εT) >> 1.Solution discussion. The analytical solution satisfactorily describes the available numerical solutions and experimental data for the case of combustion of a dust/gas/air mixture after specifying the parameters of a simplified model: the radiating surface should be understood as the flame front, Tb is the combustion temperature, and cp is the overall heat capacity of the mixture. The estimate ≤ 1.2 indicates the final high temperature of the gas suspension, the possibility of its autoignition far from the flame, and the need to change initial assumptions when simulating re-emission.Conclusions. Analytical evaluations make it possible to employ ratios SR >> LR and SR ≈ LR for the suspension over a thermal radiation source in vacuum. Conditions for the application of the results of simplified simulation of re-emission to the combustion of a dust/gas/air mixture are formulated.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.